編者按:此前,關(guān)于“山西戶用光伏電站逆變器著火了”的報道在各大媒體被報道,事故的原因撲朔迷離:剛出來的報道解釋為“劣質(zhì)逆變器引起的直流拉弧”,隨后后續(xù)報道提到是因為“雷電”導(dǎo)致了這次事故。無論原因是什么,逐漸披露的屋頂光伏電站火災(zāi)的報道,給所有的行業(yè)人士,尤其是從事分布式、戶用光伏電站建設(shè)等相關(guān)人士敲響了警鐘!
在分布式中,很多用戶都不知道,采用串型逆變器實際上是在屋頂上引進了一根600-1000V的高壓電纜!據(jù)統(tǒng)計80%以上的電站著火是因為直流側(cè)的故障,那么如何避免由于直流拉弧帶來的火災(zāi)隱患呢?
直流電弧
起因和破壞力
直流電弧是一種氣體放電現(xiàn)象,可以理解為絕緣情況下產(chǎn)生的高強度瞬時電流。根據(jù)文獻報道:當用電開關(guān)斷開電流或接觸不良時,如果電路電壓不低于20伏,電流不小于80-100mA,電器的觸頭間便會產(chǎn)生直流電弧。
跟交流電弧不一樣的是,直流電弧沒有過零點,意味著如果發(fā)生了直流電弧,觸發(fā)部位會維持相當長一段時間穩(wěn)定燃燒而不熄滅。實際電站中,接頭沒有擰緊導(dǎo)致的接觸不良、接觸件質(zhì)量問題、運行時間久帶來的絕緣部位老化等問題都會直接造成直流電弧現(xiàn)象。不難看出,隨著電站的運行時間增加,出現(xiàn)直流電弧的概率也會增加。
直流電弧產(chǎn)生的高溫輕易超過3000℃,能夠直接導(dǎo)致起火。綜合國內(nèi)外的案例和數(shù)據(jù),直流電弧儼然已經(jīng)成為引發(fā)電站火災(zāi)的頭號殺手。
直流電弧
發(fā)生的概率
不考慮其他接觸件以及絕緣部位,在一個10MW的分布式電站中,光接觸點便超過了80000個,它們時刻存在發(fā)生直流電弧的可能性。即便在25年的電站運行時間中只有1/1000的接觸點發(fā)生直流電弧,這個電站也會發(fā)生80次直流電弧事件,引起火災(zāi)的概率非常之高。
電弧檢測裝置包含電弧檢測功能及關(guān)斷功能,但該裝置一般只能斷開整個系統(tǒng)的連接。對于串型系統(tǒng)來說,組件之間是串聯(lián)關(guān)系,只要有光照,組件就會發(fā)電,每一串中的直流高壓依然存在,并不能真正解決直流高壓。只有增加組件級別的關(guān)斷功能,才能在系統(tǒng)檢測到電弧時,斷開每一塊組件的連接,確保系統(tǒng)無直流高壓。
另外,在光伏系統(tǒng)中產(chǎn)生的電弧可分為正常電弧和非正常電弧。斷路器的正常關(guān)斷等引起的電弧為正常電弧。電線老化、接觸不良問原因引起的電弧為非正常電弧。這就表示電弧檢測裝置需要正確分辨“好弧”和“壞弧”。因為存在著這樣的復(fù)雜因素,所以也給電弧的檢測帶來了難度,對檢測的方式和計算方法提出了更高的要求。電弧的發(fā)生及其特性也極為復(fù)雜,很難預(yù)測和考慮到各種狀況。
直流電弧
解決與改善
方案一:微型逆變器方案
目前,在歐美等發(fā)達國家,越來越多的屋頂光伏系統(tǒng)都采用微型逆變器取代傳統(tǒng)的組串型逆變器。微型逆變器為全并聯(lián)電路設(shè)計,組件之間不再有電壓疊加,直流電壓小于60伏(不高于組件最高輸出直流電壓),徹底解決了由于高壓直流拉弧引起火災(zāi)的風險,同時也解決了當房屋起火時,因光伏電站而阻礙了施救的問題。
該方案的初始投資成本較高,但由于國外諸多安規(guī)限制,加上人工費用的節(jié)省,使得微型逆變器系統(tǒng)方案成本與組串逆變器系統(tǒng)基本持平,甚至由于10年的質(zhì)保、易維護及多發(fā)電的優(yōu)勢,成為歐美國家民用系統(tǒng)(<10kW)的首選產(chǎn)品。
方案二:優(yōu)化器方案
優(yōu)化器系統(tǒng)具有組件級遠程監(jiān)控、關(guān)斷、MPPT功能,雖然不能直接解決直流高壓問題,但在發(fā)生火災(zāi)之后能夠關(guān)斷每塊組件的直流輸出,不會威脅到消防員的人身安全。當逆變器與電網(wǎng)斷開時,交流端輸出為0V時,直流優(yōu)化器會自動切斷連接,實現(xiàn)組件級別的關(guān)斷,相當于一塊組件加連接了一個關(guān)斷器,真正意義上的消除了組件串聯(lián)形成的直流高壓。
優(yōu)化器系統(tǒng)整體成本較微型逆變器系統(tǒng)更低,后期易維護及多發(fā)電,受到美國和歐洲多個國家的歡迎。另外,該方案不僅可用于民用系統(tǒng),也廣泛應(yīng)用于商用甚至大型地面電站中。
方案三:改良版組串逆變器方案
● 組串逆變器設(shè)計修改:直接裝在組件支架上,縮短直流線尺寸,降低直流拉弧的可能性及減少用戶接觸直流高壓電纜;
● 組串逆變器直流電纜外額外保護套,直流電纜不裸露;額外增加部分成本;
● 直流電纜超過1.5米間隔需安裝物理性關(guān)斷開關(guān);
● 增加直流電弧檢測裝置,但正如上文所說的,組件級別的快速關(guān)斷才能解決直流高壓問題。
原標題:這個問題一定會成為未來戶用光伏系統(tǒng)的焦點!!!